一种修复钛合金阀芯和阀座的激光修复材料制造技术

本发明专利技术属于激光修复材料领域，尤其涉及一种耐高温、耐腐蚀、抗压力、具有优越熔覆性能的激光修复材料，具体涉及一种化工行业PTA生产过程中的阀芯和阀座的激光修复材料。其原料按重量百分比组成如下：Al：8‑10%、Sn：2.5‑3%、Mo：4.5‑5%、V：12‑13.5%、Cr：12‑12.5%、Mn：0.5‑1%、Ni：2.5‑4%、Cu：2.5‑3%、Si：0.15‑0.3%、B：0.01‑0.05%、Fe：＜0.2%、C：＜0.1%、H：＜0.05%、N：＜0.04%、O：＜0.05%；除上述成分外还添加La、Yb、Sc2O3、Pr2O3稀土元素中的至少三种，La:0.1‑0.3%、Yb:0.1‑0.3%、Sc2O3:0.1‑0.3%、Pr2O3：0.1‑0.3%、Ti：余量。该修复材料实现了阀芯和阀座的修复，而且修复工艺操作简单、适应性强、热变形小、规范性强，修复后的阀芯和阀座满足使用要求，对降低阀芯和阀座的维修成本具有很大价值。

【技术实现步骤摘要】
一种修复钛合金阀芯和阀座的激光修复材料
本专利技术属于激光修复材料领域，尤其涉及一种耐高温、耐腐蚀、抗压力、具有优越熔覆性能的激光修复材料，具体涉及一种化工行业PTA生产过程中的阀芯和阀座的激光修复材料。
技术介绍
在化工行业PTA属于大批量使用的产品，下游聚酯纤维，俗称涤纶，在我国生产生活中应用很广泛，我国化纤产量位列世界第一。然而，生产PTA中的阀芯和阀座装置制作工艺复杂、生产成本高、周期长，阀芯为圆柱杆结构，阀座中间为空心结构，阀芯和阀座属于活塞滑动往复运动工作，材质均为钛合金，阀芯和阀杆长期在弱酸条件下持续工作，工作介质压力为10-12MPa,温度200-300℃，工作时承受着高温、腐蚀和压力冲击的作用，因此，在阀芯和阀座极易出现腐蚀及磨损，而一旦出现损伤，将无法继续使用，需将其进行更换。阀芯组件的主要磨损区域为密封面、调节曲面、叶片导向面；阀座的主要磨损区域为密封面及内腔圆柱形导向面。随着我国PTA制品的发展需求不断增速，目前大部分阀芯和阀座都在超负荷情况下运行，阀芯和阀座的损伤程度也不断增加，而在阀芯和阀座检修过程中80%以上需要进行更换，每年大约更换上千台次以上，全部更换成本大约5亿元，因此，为了降低阀芯和阀座的维修成本，加快维修工期，要求必须对阀芯和阀座进行修复。然而，选择适当的阀芯和阀座修复材料，保证修复后的阀芯和阀座的热变形小、规范性强及修复后的阀芯和阀座的使用要求，是当前亟待解决的课题。激光熔覆修复技术，作为一种先进的再制造技术，近年来得到了迅速推广和广泛应用。激光熔覆修复技术利用高能量激光束聚集能量极高的特点，瞬间将在基材表面预置或与激光同步自动送置的、具有特殊物理、化学或力学性能的合金粉末完全熔化，同时基材部分熔化，形成一种新的复合型材料，激光束扫描后快速凝固，获得与基体冶金结合的致密覆层，以达到恢复几何尺寸和表面强化的目的。因此寻找出适当的采用激光熔覆的方式修复阀芯和阀座的方法仍需所属领域的技术人员进一步作出创造性的研究工作。由于目前国外阀芯和阀座本身在制造时通常选用的是钛合金，成品成本较高，另外钛合金产品材料比较特殊，在500℃～600℃的温度下，仍保持其强度和抗蠕变性能，具有强度高、耐蚀性好、耐热性高，普通的焊接方法无法对钛合金基材进行融合，没有相关修复方法及经验，国内外无法对其进行修复，采用合适的修复材料结合激光熔覆技术激光修复阀芯和阀座，国内尚无先例，国外也没有见到相关报道。因此，研究出一种可以采用激光熔覆技术激光修复的阀芯和阀座的修复材料，显得尤为重要。
技术实现思路
为了解决现有技术存在的问题，本专利技术提供一种钛合金阀芯和阀座的激光修复材料，该修复材料实现了阀芯和阀座的修复，而且修复工艺操作简单、适应性强、热变形小、规范性强，修复后的阀芯和阀座满足使用要求，对降低阀芯和阀座的维修成本具有很大价值。为了实现上述目的，本专利技术提供的钛合金阀芯和阀座的激光修复材料，其原料按重量百分比组成如下：Al：8-10%、Sn：2.5-3%、Mo：4.5-5%、V：12-13.5%、Cr：12-12.5%、Mn：0.5-1%、Ni：2.5-4%、Cu：2.5-3%、Si：0.15-0.3%、B：0.01-0.05%、Fe：＜0.2%、C：＜0.1%、H：＜0.05%、N：＜0.04%、O：＜0.05%；除上述成分外还添加La、Yb、Sc2O3、Pr2O3稀土元素中的至少三种，La:0.1-0.3%、Yb:0.1-0.3%、Sc2O3:0.1-0.3%、Pr2O3：0.1-0.3%、Ti：余量。为了实现上述目的，本专利技术提供的钛合金阀芯和阀座的激光修复材料的制备方法，具体包括以下步骤。本专利技术给出的钛合金粉末，适用于气体激光器，在修复应用所述粉末材料的熔覆工艺参数是：将各原料混合均匀后，得到修复材料；采用1万瓦气体激光器、全自动旋转工装进行激光熔覆，激光熔覆参数为：功率2000-8000W，光板直径2-20mm，熔覆厚度0.5-2mm，熔覆速度5-200mm/s。本专利技术的显著效果。本专利技术经过长期的理论分析和大量的试验，专利技术了一种用于阀芯和阀座的激光修复专用修复材料（粒度是80—120目），结合激光熔覆这种先进的再制造技术，可以有效解决现有技术存在的修复问题。本专利技术提供的这种具有耐高温、耐腐蚀、抗压力的激光修复阀芯和阀座的修复材料，用于采用激光熔覆的方法修复阀芯和阀座的损伤部位。该修复材料通过添加超过10%的V元素提高整体抗酸抗腐蚀性能，Mo元素提高整体硬度，Cr元素提高耐磨和抗高温氧化性能，添加3种以上稀土元素可以使材料本身得到良好的塑性、韧性、耐磨性、耐热性、抗氧化性、抗腐蚀性等，并且Sc2O3具有稀土倍半氧化物的立方结构，Pr2O3的添加可以提高产品的稳定性；再添加Al、Sn、Mo、V、Ni等元素中组成钛合金粉末，从而具有良好的耐高温、耐腐蚀和抗压力具有抗高温氧化性能；La、Yb、Sc2O3、Pr2O3稀土元素的添加，能明显提高本专利技术的激光修复效果。本专利技术严格控制各组元素的百分比含量，使钛合金粉末获得优越的使用性能，进而实现钛合金粉末在保证硬度的前提，同时具有良好的抗腐蚀性和抗高温氧化性，与阀芯和阀座基材形成致密的冶金结合层，满足激光熔覆阀芯和阀座修复的要求。本专利技术通过添加钛合金基体强化元素，并调整各元素的百分比含量，通过强化手段，强化合金基体，又改进了晶界质量，使合金获得良好的综合性能。从而实现了阀芯组件和阀座具有良好的耐高温、耐腐蚀、抗压力得性能，工艺稳定性和成分均匀性，满足了阀芯组件和阀座激光熔覆的强度的要求。通过添加Cr元素，提高该合金粉末激光熔覆后的抗高温氧化性能，保证熔覆区域在高温高压的工况下不继续发生高温氧化，提高器修复的质量。阀芯和阀座在修复后，通过探伤检测、压力检测和实际运行检测均证明该材料的耐腐蚀、抗压力程度满足使用的要求。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术做进一步的说明。实施例1。宁波某化工厂阀芯和阀座的修复。阀芯和阀座的损伤情况：阀芯的密封面、调节曲面磨损；阀座的密封面及内腔圆柱形导向面磨损。首先根据损伤部位，进行机械清理、露出基体本身金属光泽，使用该混合后的熔覆材料进行激光熔覆；采用5KW气体激光器、全自动旋转工装进行激光熔覆，激光熔覆参数为：功率4600W，光板直径3mm，熔覆厚度0.8mm，熔覆速度8mm/s。修复材料成分为：Al：8.5%、Sn：2.8%、Mo：4.5%、V：12.6%、Cr：12.3%、Mn：0.7%、Ni：3%、Cu：2.7%、Si：0.2%、B：0.015%、Fe：0.15%、C：0.05%、H:0.02%、N:0.02%、O：0.03%、Yb:0.23%、Sc2O3:0.15%、Pr2O3：0.22%、Ti：余量。激光熔覆后机械加工恢复阀芯和阀座的原设计尺寸，达到图纸要求；经压力检测打压10MPa保压30min合格后，进行装机使用，运行到一定年限（为1年）后拆机检修检测，没有发现损伤；证明该材料的耐高温、耐腐蚀、抗压力完全符合设计指标。在技术方案中的激光熔覆中采用的5KW气体激光器、全自动旋转工装为现有本行业的专业设备。本专利技术实现了阀芯和阀座损伤的修复，而且本修复工艺操作简单、适应性强、热变形小、规范性强，修复后的阀芯和本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种钛合金阀芯和阀座的激光修复材料，其特征在于，其原料按重量百分比组成如下：Al：8‑10%、Sn：2.5‑3%、Mo：4.5‑5%、V：12‑13.5%、Cr：12‑12.5%、Mn：0.5‑1%、Ni：2.5‑4%、Cu：2.5‑3%、Si：0.15‑0.3%、B：0.01‑0.05%、Fe：＜0.2%、C：＜0.1%、H：＜0.05%、N：＜0.04%、O：＜ 0.05%；除上述成分外还添加 La、Yb、Sc2O3、Pr2O3稀土元素中的至少三种，La:0.1‑0.3%、Yb: 0.1‑0.3%、Sc2O3:0.1‑0.3%、Pr2O3：0.1‑0.3%、Ti：余量。

【技术特征摘要】
1.一种钛合金阀芯和阀座的激光修复材料，其特征在于，其原料按重量百分比组成如下：Al：8-10%、Sn：2.5-3%、Mo：4.5-5%、V：12-13.5%、Cr：12-12.5%、Mn：0.5-1%、Ni：2.5-4%、Cu：2.5-3%、Si：0.15-0.3%、B：0.01-0.05%、Fe：＜0.2%、C：＜0.1%、H：＜0.05%、N：＜0.04%、O：＜0.05%；除上述成分外还添加La、Yb、Sc2O3、Pr2O3稀土元素中的至少三种，La:0.1-0.3%、Yb:0.1-0.3%、Sc2O3:0.1-0.3%、Pr2O3：0.1-0.3%、Ti：余量。2.如权利要求1所述的钛合金阀芯和阀座的激光修复材料，其特征在于，其原料按重量百分比组成如下：Al：8.5%、Sn：2.8%、Mo：4.5%、V：12.6%、Cr：12.3%、Mn：0.7%、Ni：3%、Cu：2.7%、Si：0.2%、B：0.015%、Fe：0.15%、C：0.05%、H:0.0...

【专利技术属性】
技术研发人员：李佳，王永新，李运强，
申请(专利权)人：沈阳大陆激光技术有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁,21